生物浮床技术在水源水预处理的应用研究毕业论.docx

山东建筑大学毕业论文目 录摘 要IIIABSTRACTV第一章 绪 论11.1水体富营养化的形成原因11.2 水体富营养化影响31.3 水体富营养化的治理5 1.3.1 物理方法控制技术5 1.3.2 化学方法控制技术5 1.3.3 生物方法生物浮床技术61.4国内生物浮床的结构71.5国内生物浮床设计机理71.6生物浮床技术提升水质的原理81.7 水生植物选择的原则91.8水生植物的选择以及种植介质91.9研究水源地-玉清湖水库概况11第二章 材料与方法142.1玉清湖水库生物浮床结构与材料概况142.2生物浮床现场安装方法162.3生物浮床育苗作业182.4玉清湖水库试验材料192.5试验方法以及采样点的选取19第三章 结果与讨论213.1库区水质概况简介213.2 结果分析22 3.2.1 溶解氧测试结果与温度的关系22 3.2.2 pH值测试结果与水生植物的关系24 3.3.3 总氮的去除与水生植物的关系253.4 讨论29第四章 结论与展望334.1 结论334.2 展望34参考文献35致 谢37摘 要在国内，生物浮床技术是利用生物方法进行的一项水体净化、水质提升技术，多用于污水处理中，该方法较传统的物理法，化学法相比，具备零风险和零污染的优势。生物浮床是将浮床床体安置在水面，利用种在上面的水生植物直接对水体的营养物质进行吸收，并且植物的收割管理便利，造价低等优点，具备良好的运用前景。在本篇应用研究中，我们研究的是济南市玉清湖水库的生物浮床水质提升技术，玉清湖水库是国家一级水源地，济南市重要的饮用水水库，约向三分之二济南人供水，但是近来玉清湖水库出现了总氮超标的现象，这是这个项目的背景。（根据采样数据：2014.4.22玉清湖水库2号泵站采样点总氮高达5.91）。一旦爆发蓝藻等毒藻，这将会严重危害全市人民饮水安全，所以利用无二次污染的生物浮床技术将水质提升迫在眉睫。该工程用大约2个月的时间进行了生物浮床的安装，水生植物的探究试验。在本文中，我们主要选取并探究芦苇，空心莲子草和香蒲对于水源水中总氮的去除效率和去除量。因为在玉清湖水库中，各项指标还都是在规定范围内的，也就是说水质较好。本文主要内容是：1、生物浮床材料安装与方法；2、三种不同种植物的水质改善效果，包括去除率和去除量；3、所种植水生植物对于各影响因素的适应性；4、此次生物浮床技术的结论生物浮床分为干式和湿式浮床两种，本项目采用植物根系直接吸收水源水中的氮磷营养物质和少许污染物等来改善水质的湿式浮床方法。浮床采用柔性结构，不采用框架结构，完全利用浮球成串以及中间的骨架作为组成的浮体，以保证水生植物与土壤及浮床自身可以漂浮在水面上。浮床安装采用在玉清湖水库隔坝东侧迎水坡0+400至0+800处打锚固桩固定，柔性绳，钢丝绳并列将锚固桩与浮床连接。根据我国现有的生物浮床水生植物所选原则，根据济南市玉清湖水库的地理位置及当地全年气候表征，以及植物与土壤的就地取材等几方面因素，我们在浮床上种植芦苇、空心莲子草、香蒲三种植物来研究。经过单独把植物幼苗放在土壤中栽种在水库水源水中以及水库截渗沟内30天时，发现芦苇，空心莲子草，香蒲三种植物均对水源水中的富营养化物质有一定的去除率。以隔坝0+400处试验点为例，对于总氮，芦苇，空心莲子草，香蒲的去除率分别为78.30%、60.75%、76.10%。结果表明，浓度越高的前期受试水体，去除效率越大，相反的到了处理后期的水体中，植物的去除速率减缓，也就是出现负指数幂的图像，济南市玉清湖水库属于国家一级水源地饮用水水库，水质清澈，透明度高。对于轻度富营养化的水源水体如玉清湖水库，芦苇和香蒲的总氮去除率比较高，由于总磷、氨氮，COD含量很低，所以芦苇、空心莲子草和香蒲的去除率比较低，可以忽略不计。综上所述，主要面临总氮超标的水源水体，主要考虑种植芦苇等植物即可，不用考虑总磷与氨氮等去除。尽管玉清湖有可能爆发水华等藻类危害，但是由于氮磷比数值很大，在100以上，所以只有较小的爆发可能，并且植物对于总氮去除的同时也对总磷有一定的去除作用。因此，种植这三种植物是可以控制轻度富营养化的水源水体的。在水生植物栽培的过程中，季节和温度的影响因素是影响很大的。在三月中旬植物育苗，栽培的过程中，主要影响植物正常生长的因素是温度，处于乍暖还寒的济南三四月份，月平均最高气温只有13摄氏度，19摄氏度左右，植物生长尤其是根系的生长速率很慢。根据藻类的最易生长温度大概是25摄氏度左右，所以在夏天治理这种轻度富营养化水源水体是最合理的，同时最大程度抑制蓝藻等毒藻类爆发。关键词：富营养化；生物浮床；芦苇；空心莲子草；香蒲；藻类 Application of biological floating bed technologyin source water pretreatment ABSTRACT In China, the biological floating bed technology is the use of a biological method of water purification, water lifting technique, used for wastewater treatment, as compared to the more traditional method of physical, chemical, have the advantage of zero risk and zero pollution. Floating bed is a bed placed in the water, the use of the above types of aquatic plant nutrients directly to the water body to absorb, and to facilitate harvest management of plants, low cost, with good prospects for use. In this application study, we investigated the biological floating bed water quality in Jinan City Yuqing Lake Reservoir to upgrade technology, Yuqing lake reservoir water at the national level, it is important Jinan City drinking water reservoir, about two-thirds to Jinan human water supply, but recently there has been Yuqing Lake Reservoir TN excessive phenomenon, which is the background of this project. (According to sampling data: 2014.4.22 Yuqing Lake Reservoir on the 2nd pumping station TN sampling points up to 5.91). Once the outbreak of cyanobacteria toxic algae, which would seriously jeopardize the citys people safe drinking water, so no secondary pollution use biological floating bed technology will enhance water quality is imminent. The project with about two months time for the installation of floating rafts to research experiment of aquatic plants.In this paper, we mainly choose and explore the reeds, grasses and cattails Alligator in source water for total nitrogen removal efficiency and removal. Because in Yuqing Lake Reservoir, and the indicators are still within the specified range, that water quality is good. The main contents are: 1, biological floating bed installation material and methods; 2, three different species of plants to improve water quality effects, including removal and removal; 3, the aquatic plant adaptability to various factors planting; 4, this conclusions of the floating rafts Technology.Biological floating bed is divided into two kinds of dry and wet bed float, this project uses direct absorption by plant roots to improve the quality of water wet floating bed process nutrients nitrogen and phosphorus in water and a little pollutants. Floating bed adopt a flexible structure, without the use of frame structure, take full advantage of the float clusters and middle skeleton as a floating body formed to ensure soil and aquatic plants and floating bed itself can float on the water. Floating bed installation partition uses in Yuqing Lake Reservoir Dam east side of Riverside Slope 0 + 400-0 + 800 dozen anchor pile fixed, flexible rope, wire rope tied to the anchor piles and floating beds connection.According to the existing floating rafts principle of aquatic plants selected, according to geographical location and local climate throughout the year in Jinan City Yuqing Lake Reservoir Characterization, and make the best of several plants and soil factors, we planted on the floating reed bed, alligator alternanthera, cattail three plant species studied. Individually to plant seedlings planted in the soil at 30 days in source water reservoirs and reservoir seepage cutoff trench, we discovered reed, alligator alternanthera, cattail three plants are on the nourishing substances in water sources have some removal. In every other dam 0 + 400 test points, for example, as for TN, reed, alligator alternanthera, cattail removal were 78.30%, 60.75%, 76.10%. The results showed that the higher the concentration of the pre-test the water, the greater removal efficiency, contrary to the later stage of water removal rate of plants slow down, which is a negative exponential power of the image appears, Jinan City Yuqing Lake Reservoir belonging to the State a reservoir of drinking water sources, the water is clear, transparent. For mild eutrophication of water body of water such as Yuqing Lake Reservoir, TN removal reeds and cattails is relatively high, due to the total phosphorus, ammonia, COD content is very low, so low reeds, alligator alternanthera and cattails alligator removal , negligible. In summary, the main source of water faced TN excessive water, the main consideration planting reeds and other plants can be, without considerations of total phosphorus and ammonia removal. Although Lake Yuqing possible outbreak of algae blooms and other hazards, but because a lot of nitrogen and phosphorus ratio value, at 100, so only a small outbreak of the possible, and for total nitrogen removal plant also has some of the removal of total phosphorus effect. Therefore, these three plants can be planted to control water eutrophic water bodies.In the course of the cultivation of aquatic plants, the impact of seasonal factors and the temperature is greatly affected. During mid-March of plant breeding, cultivation, the main factors affect the normal growth of plants is the temperature in Jinan turns warm again in March and April, the highest monthly average temperature is only 13 degrees, about 19 degrees Celsius, the plant growth, especially root The growth rate is very slow. According to the most vulnerable algae growth temperature is probably around 25 degrees Celsius, so in the summer of this eutrophic water governance Water is the most reasonable, while maximizing Restraint and other toxic algae outbreak.Keywords: eutrophication,；floating beds；reed；alligator alternanthera；cattail；algaeVII第一章 绪 论1.1水体富营养化的形成原因在人类的进化史中，水元素扮演了一个无比重要的角色，是人类生命必不可少的无机元素之一。自古以来，人类聚落依水而建，依河而建，古中国古印度等都是在著名的河流流域成立并延续至今。在地球上，地表被71%的海水覆盖，我国淡水总量跟其他国家而言相比比较丰富，但是我国人口众多，人均淡水占有量非常少，再加上淡水湖泊中藻类爆发严重污染着水体，导致水资源短缺的问题更是迫在眉睫，现如今，如何更好地控制藻类不在水体中大量繁殖，并使水体一天天恢复原有面貌是现在水环境治理的重中之重，让全国人民喝上健康洁净的水是当今的热点问题。当前，水体富营养化是当今世界非常重要突出的环境方面的问题1。河流，湖泊，水库是地球上非常重要的组成部分，为世界上的人口发展提供了重要的淡水资源保证。我国的河流湖泊中，水体污染严重，水体自净能力已严重下降，这样的环境，已不适合各类生物的生存集聚，这样的水质已严重阻碍者人类社会生产进步，对生活造成了巨大的影响，因而我国进行水体污染的修复也是当前最迫切亟待解决的问题之一。按照水库湖泊的自然发展趋势，水中营养盐分需要一个自然累积的过程，而依据分类，水源水体的营养化程度一般为中营养化或者贫营养化，在富营养化的水体中，大多数湖泊河流等均有蓝藻等有毒藻类的爆发，但是这些水体大多属于自然水体，并非水源水体直接供给城市居民使用的水体。现如今在饮用水水源的水源水体中，有的也慢慢处于营养盐如氮磷等元素的慢慢累积过程，比如说在本篇研究中，济南市玉清湖水库便是由于上游黄河水来水水质不好而导致的氮元素富集超标，虽然比起那些富营养化水体，氮含量不是太高，但是也存在爆发蓝藻的可能，如果放任其自由发展，最终也会变成富营养化水体，并危害着济南市三分之二人口的正常饮水问题，加重了水资源不足的矛盾2。所以，十分有必要开展水源水体的营养化物质的控制。这是十分必要的也是意义重大的举措。我国湖泊，水库等资源对人们的生产生活，旅游，农业发展等有着至关重要的影响，但是当今社会，人们对于经济的发展过于重视而忽略了环境方面的科学保护，致使水体出现了水体富营养化，水位下降，盐碱地等许多环境问题，其中这个水体富营养化最为严重，危害是导致水中的氮元素超标，可导致藻类大量繁殖，占据水中的溶解氧减少，使其他生物不能正常生存。水体富营养化的表征特点是，藻类植物大量繁殖，总氮总磷大量流入水体中使水体被污染，破坏了生物群落以及生物多样性。氮磷元素的流入水中包括了自然流入和人为加入，有线性加入也有点扩散方式，来源方式的多样性致使我们在处理控制起来有着不可估量的难度，富营养化的防治成为了棘手也昂贵的当今问题。富营养化问题是当今水库，湖泊面临的最主要问题，这么多年来，人们一直在努力探索究竟该如何治理水体中的富营养化，在寻找途径。富营养化是人类活动影响下，被生物所利用的氮磷元素的营养物质的富集，使藻类和一些浮游生物的大量繁殖，致使水中溶解氧含量大幅度下降，水中的鱼及其他生物大量死亡导致水中环境急剧恶化3。在自然作用下，水体富营养化这个过程是湖泊等生长，发育，老化消亡的必然经过的过程，但是现如今的工业化迅速发展，人为的使氮磷元素加入到水体中，这使得加速了营养盐的富集过程，短期内就造成了湖泊中的富营养状态。大量浮游生物的繁殖所造成的“水华”现象是该富营养化的主要表现之一，水华就是指在静水中拥有大量的氮磷等营养物质，在夏季温度升高后，水体的颜色会因藻类大量繁殖而会变成绿色的现象1415。富营养化水体的判断和评价标准见表1。表1 富营养化分级 营养状态TN/(毫克每立方米)TP/(毫克每立方米)贫营养化小于350小于10中营养化350-65010-30富营养化650-120030-100重富营养化大于1200大于100李素英等生态学家和环境方面专家认为，根据水中营养盐的浓度，根据生物学，化学，物理学等多方面指标来客观的把水体分成几种状态，也就是被划分为贫营养，中营养，富营养和重富营养的状态。一般来说贫营养和富营养在水体透明度，溶解氧，营养盐浓度，COD等方面有较大差距，富营养化水体营养盐分极度超标，溶解氧含量低。随着营养物质，如氮磷营养盐在水中的累积，如不及时清理，水体生产力会由于营养盐浓度增高而向高生产力过度。此时水体，尤其是水库水体，如不及时治理，必定会积聚成富营养化，最终走向消亡45。现济南市玉清湖水库处于贫营养化阶段，水体清澈，透明度较高，溶解氧含量较高，只有轻微总氮超标，现如今便是由贫营养化向富营养化的一个自由过渡过程，如不及时治理，必定会演变成水库富营养化，这便是进行水源水预处理研究的意义所在。1.2 水体富营养化影响水体富营养化会导致水系统，自然生态系统的失衡，破坏了生物群落，动物栖息地，这造成了水生态环境的极度恶化。现已成为水库的主要面对的问题了与此同时，这严重阻碍了社会的和谐进步和经济的又好又快发展，最主要的是遏制了水库资源的宝贵利用性。最近这几年来，国家政策对于水环境保护方面高度重视。以下分门别类介绍一下具体危害：1、水质污染：在污染水体中，主要是水体中营养盐分十分过剩，氮磷元素富集很多，氮磷比数值很低，一般在15以下，就会导致藻类植物，浮游生物疯狂繁殖增长，造成出现“水华”现象的出现。诸如蓝藻，该类藻都是在富营养湖中形成的，人们原先假设都是蓝藻的生长需要高浓度磷，即使是蓝藻生长在磷溶解度最低的湖中。但试验性数据显示，蓝藻对于氮磷的需求比其他进行的光合作用的生物更高。氮与磷的低浓度比对蓝藻水华发展是有利的，所以在磷浓度高的水域水体中，水华爆发的可能性才大。而且大多数藻类在25摄氏度的生长率最高。所以它们在夏季的适合水体中经常出现。反言之，在夏天控制氮磷，有利于遏制水华现象的出现，也就是说这是控制藻类爆发的最重要时期1。降低了水的透明度时，由于在表面的藻类疯长，导致下层水体水体中的光合作用很弱，没有足够的溶解氧供应致使到达深层遭到严重的阻碍，并导致深层水体缺氧，这是水中大量生物死亡的重要原因之一，甚至还产生厌氧阶段，促成一系列不良后果，比如有机物无机化不完全，产生甲烷气体等，有的阶段还产生臭鸡蛋味的硫化氢气体，底泥当中会产生铁、锰、磷等，极大程度的破坏了水质。因此，最受影响的就是渔业捕捞业。其余水体特征参数：水质指标：水温，溶解氧，透明度，悬浮物，总氮，总磷，化学需氧量，有毒有害物质1。2、水生系统的破坏：显而易见的，在富营养化的水体中，由于氮磷元素的超标，富集作用，藻类大量繁殖导致水生植物大批量死亡，水中的优势种群被大量的浮游动物植物代替，生物多样性明显降低，并打乱原有的食物链，原有的生物多样性系统被严重破坏，这本身就是污水自净方面的恶性循环，表面阳光越充足，藻类植物浮游动物植物繁殖越快，水体污染越严重，就水体自净来说，在一定程度上可以靠生物作用自我修复，但是污染过于严重就超出了这个自净能力，致使水体越来越差。尤其是水库问题，加速了水库的老化，潜水水库将向沼泽化发展，最终直至消亡。3、影响引水水质和自来水厂处理源水成本供水问题，人口多且密集的大中型城市，大多数以水库的水作为引水来源，显而易见水库水就成为市民非常重要的饮用水水源地。在本篇研究中，济南市玉清湖水库就是国家一级饮用水水源地，是济南市人民最重要的饮用水大水缸。氮磷元素等营养盐的超标导致了水质恶化，在处理这样的营养化水源水体，水厂定会用到大量的混凝剂来除去诸如藻类的悬浮物，混凝剂的大量使用必然会带来悬浮固体的增加。在一定的程度上，不仅给玉清水厂对于源水的处理带来一定的成本增加，也阻碍了混凝的进程和过滤的成本。同时给全市人民的饮用水安全增加了不安定因素。4、水体价值消失：本条是相对于上面三条的总结，不管是水质的污染还是供水成本的提高，加上水生植物栖息地的破坏，这都是是水体价值消失的重要体现，富营养化的水体，比如说水华，藻类的分解以及底层的厌氧呼吸产生硫化氢气体，这是非常影响人类生存的，严重阻碍着渔业以及淡水养殖业的发展6。同时对于水库，会影响周边村民的正常生活和生存环境。湿地旅游业景观发展带来了许多负面影响，给国家经济带来了诸多损失。1.3 水体富营养化的治理水体富营养化的治理，就目前我国的技术而言，大致分为三个方向：物理治理方向、化学治理方向和生物治理方向。物理法通常是表面工程，这个过程不包含物质的转化，仅仅是把污染源转移而已；化学法的效果会非常明显，对于污染物的去除率很高，但是唯一的缺点是万一污染源处理不到位，会极易造成二次污染，原本需要治理的没有处理好再带来新的污染，这有悖于初衷；生物方法是现在污水治理过程中行之有效，快速且不产生二次污染的方法，它是利用生物之间的相互作用或者水体自身所具备的一种自净能力来治理被污染的水体。这种方法简单地说，利用了生态系统中的食物链的捕食与被捕食的关系，加上人类工程手段的干预，特定的引导措施来控制富营养化，使水生植物具有单一性的控制氮磷增长。所以这就要求我们在不同的水体中应用不同的水生植物，以免造成水生植物的大量繁殖造成富营养化程度加剧。1.3.1 物理方法控制技术 物理方法修复被污染的水体，是利用了人类的工程技术来清除富营养化水体的一种方式，大致方法有截流，疏浚，机械格栅除藻，采用人工捕捞藻类等一系列的相关措施方法。本处详解一种物理法曝气复氧技术治理富营养化水体，向深水中曝气充氧，这让水和底泥的界面始终富含氧气不出现厌氧层，因为出现厌氧层会导致底泥释放磷，改善了水中的氧气状况，加强了矿化作用，这也降低了浮游植物的光合作用的能力效果，所以曝气复氧技术的核心就是使水中的溶解氧含量维持在一个稳定值从而不出现底泥释放磷的作用。根据一些文献报道的相关文章英国等个别欧洲国家将该技术应用于小型的水库与湖泊，较有成效，而大的水库，湖泊等水源地受到技术与经济等多方面条件的制约，一直效果不佳6。1.3.2 化学方法控制技术化学法修复被氮磷污染的富营养化水体大多出于两方面考虑。一、利用化学反应的方式将水中的氮磷去除，最大化的将其浓度降到最低，比如，水中的氮元素大多利用石灰将其沉淀出来，水中的磷元素则是利用了加入水中高价的金属盐类离子将其沉淀出来。这便从一定程度上遏制了该两种元素在自然界的循环。二、针对表面的“水华”现象，主要是浮游藻类物质的去除，通常加入杀藻剂来抑制藻类生长，通常铜离子可以作用于藻类的藻胆体来遏制其光能的利用和传递，从而限制光合作用已达到阻止其繁殖的效果，这对于阻止藻类生长是一个非常行之有效的化学方法。硫酸铜在美国，澳大利亚的水源水中经常使用，但是硫酸铜的使用，会造成水中的微生物大量死亡，这破坏了水中的生态系统，食物链，所以硫酸铜的使用，也是遭到反对的7。相比较而言，化学方法是效果最佳明显的，但是也是最容易反弹的，极易造成水体二次污染，使用成本巨大并且反弹后还会造成“水华”现象。该法可用作快速控制藻类技术，但不可作为主要去除藻类的方法。1.3.3 生物方法生物浮床技术近年来，一些不适当的物理方法，化学方法不但未减弱富营养化的水体，反而还加剧了原本就十分脆弱的生态环境的破坏。一些水生生态学家开始着手研究水生植物所构成的生物群落结构对富营养化水体调节作用的探索性研究，这对于生物方法控制富营养化的水体提供了坚实而又宝贵的经验。这种生物方法是近些年来才丰富起来的方法，也开拓了传统物理化学控制污染水体的思路。该法主要利用了水生植物在水中的生长，也就是在水库湖泊中构造了个水生植被平台。在现有阶段，科学水平已经可以达到在水中种植一些控制藻类生长的植物，或者人工制造湿地系统8。生物工程法，就控制藻类生长的物质来说，有抑藻剂和噬藻体等物质，在本篇中，我们不做过多研究。我们重点研究人工生物浮床水质提升作用效果，既水生植物利用其自身根系伸入水中吸收水中的养分，减少富营养化水体中氮磷的含量，同时还可以改善水体中生物的接触氧化面积，这是抑制藻类生长的途径之一，这是一种良性循环，可以使水中生物种类增加，生物群落更加稳定，达到以生态的方式提升水质，并长期可以保持水质健康的清澈状态，相比起传统物理、化学的方法，水生植物种在浮床上来净化水质则是当下一种创新且行之有效的方法，人们将目光投向形形色色的水生植物，如黄菖蒲，西伯利亚鸢尾等这便是当今社会发展下，最合理的净化水质方式。1.4国内生物浮床的结构生物浮床的总体分类大概分为干式和湿式两种，干式是所种的植物跟水不发生接触，而湿式则是所种的水生植物跟水发生了接触。在国内的诸多案例中，重点采用的是湿式浮床。湿式浮床一般由框架、浮体与基垫、固定装置、植物等组成9，浮体材料在国内大多使用的是泡沫板（聚苯乙烯），利用的是泡沫板上打孔，将植物茎基部分包裹好插入到泡沫孔内，用固定装置将植物和泡沫板固定好，并同时将水生植物栽入到受试水体中，同时利用柔性绳将浮床床板与锚固装置固定，浮床安装工序基本完成。锚固装置种类分为木桩，水泥灌浆桩和水底重物。浮床的之所以浮于水面，其重要组成部件，主要是保证了浮床板在水中有足够的浮力，在国内，泡沫塑料板是优良的浮体材料，再有就是绑定浮床的框架大多数时选择为废旧轮胎，木料等东西也是性能不错的浮体材料。框架结构也是决定生物浮床在水中成败的关键，若没有足够强度的材料，是无法扛住水库，湖泊的风大浪急的情况，所以它的外形构建加上材料的选择就显得格外重要了。在国内现有的水平，通常选用木材或者pvc塑料管。刚性浮床具有强度高，抗拉抗拽的特性，但在水中，水面的风浪，波浪具备无规则性和瞬时性的特点，刚性浮床不具备消浪的作用，与刚性浮床接触的波浪容易溅起水花，从正上方拍打水生植物，在幼苗期间，若经历风大浪急的恶劣天气，会导致幼苗的非正常死亡，不仅无法对水质进行提升，而且易造成二次污染。1.5国内生物浮床设计机理生物浮床水质提升这个设计机理在早期成本是比较高的，可以说是违背一定的原则，目前国内浮体材料大多数用的是泡沫，轻便，便宜但污染水体，用竹竿固定，加上水生植物的种植栽培，每平米浮床的原材料费。但是以上设计均为理论情况，每个地方的浮床建设都应遵循因地制宜的原理来降低生物浮床的建设成本，浮床床体的设计原则可以归纳为以下几点10：1、浮床床板材料密度低、轻便防腐蚀、耐高温光照、反复使用绿色环保，满足水生植物的生长要求，提供一定的浮力保证。浮床床体材料强度大，有良好的承载能力，能抵抗一定的风浪和极端恶劣天气，抗老化，抗冰冻，耐腐蚀，安全系数要高，在本篇的研究中，玉清湖水库属于国家一级饮用水水源地，不可出现二次污染。2、浮床与浮床连接处和浮床与锚固装置连接处采用柔性装置连接，加强固定绳的使用寿命并能使浮床随水体上下浮动。在本篇研究中，济南市玉清湖水库具有高瞬时风速荷载，需要保证浮床在这种高风浪，风速荷载下具备一个良好的稳定性。3、所种植的浮床水生植物需要满足一些要求：根系发达、水处理效果好，枝叶量少、能抗冻越冬、容易栽培，生存能力强；具有一定的景观效益。4、生物浮床制作要进行制作成本的评估，尽量减少工程费用。5、浮床施工和浮床后期养护要简单可行易于操作，同时便于收获植物与更换。6、浮床制作程序及工艺简便，便于人为运输。1.6生物浮床技术提升水质的原理1、水生植物的根系可以直接扎根于水中，这样直接利用根系来吸收水中的氮、磷等元素的营养物质，再加上光合作用的原理将转化成自身需要的物质，这便是自养过程，通过人为割去水面以上的部分茎叶来实现富营养化水体的水质提升。2、水生植物的根系深入水中，可以发展侧根，并带动局部水域的微生物群落，使之构成局部附着载体，是很好的使污染物杂物或者氮、磷营养物质等有效附着，这样对水中的污染源有一个很好的净化作用。3、水生植物在水中生长，利用光合作用，可适当提高水中的溶解氧浓度；水生植物于水面上生长，必然可以阻挡一部分太阳光射入水面，这便抑制了藻类物质的光合作用。在一定程度上延缓了“水华”现象的发生11。1.7 水生植物选择的原则生物浮床所种植的水生植物是水质提升成败的关键，所种植物应满足以下原则。1、耐污能力强。大多数植物对一些污染的特性逆境具有一定的适应能力和耐受能力，并且会产生一些可遗传的抗性，但不同植物的耐污能力明显不同且有较大差异，所以，我们应选择适应能力更强的耐污植物。2、净化能力强。净化能力与耐污能力是水质提升中水生植被的两大重要指标，一方面要考虑水生植物的数量，另一方面考虑水生植物内污染物的浓度。3、根茎叶等器官发达。植物在水中生长状况，即根茎叶茂密程度与水中富营养化物质吸收吸附成正比，再者说根系发达的水生植物具备高分泌的功能，有利于水中微生物群落形成，有利于降解与污物絮凝作用，根茎叶的发达有利于微生物生命力保持旺盛并且絮凝作用增强。4、尽量不选择外来物种。选择本土植物有利于植物适应能力并且不容易引发外来物种入侵引发的二次污染。5、经济观赏价值高。选择经济观赏价值高的水生植物有利于形成一个生物浮岛的价值体系，提高观赏价值与经济价值。6、重视种间搭配。为了经济观赏价值高，为了多种植物之间的优势种与种间竞争，两种植物之间的相互作用，如两种物种之间的生存环境的竞争，如水，氧气等；再者说成熟的植物花叶会释放化学物质影响其他植物的正常生长；还有不同植物的生长期不一样，有的花喜暖，有的喜冷，为了保持水中氮元素等营养物质的去除率，合理的选择植物并进行合理的搭配是极其有必要的。1.8水生植物的选择以及种植介质人类所需求的是水生植被的类型，分布格局或占地大小等因素。并且依据该湖泊或者水库的作用类型，植物的选择应保证水中的溶解氧浓度，有利于有机污染物和还原性无机物如氨态氮等的氧化分解；该类型植物还可以直接在水中吸收营养盐，降低水域的营养水平，定期收割可以有效输出营养盐分，也可以带来一定经济收益；该类型植物拥有丰富的根系，可以成为生物膜的“附着基”，可提供比较强大的附着力与生物降解能力1。提供可种植选择的植被品种类型：水生美人蕉、西伯利亚鸢尾、水遁草，石龙尾、风车草、梭鱼草、再力花、细叶蜈蚣草、黄菖蒲、野慈姑等高耐污植物。下面列举几个国内常见的生物浮床治理富营养化水体的水生植被。1、水生美人蕉水生美人蕉，美人蕉科，美人蕉属，多年生大型挺水草本植物。株高 1到2米。叶片长披针形，蓝绿色。花色呈黄色、红色或粉红色多种；花期 410 月。水生美人蕉生性强健，适应性强，喜光，生长适宜温度为 1528摄氏度，在寒冷冬季进入休眠状态。水生美人蕉叶茂花繁，花色艳丽丰富，花期长，适合大片的湿地移植，是净化水质的良好材料。有研究数据显示对COD（生化需氧量）、TP（总磷）的去除率可到 59.3%、69.3%，同时对S（硫）、Cl（氯）、F（氟）、Hg（汞）等有害气体有一定的抗性和吸收能力。2、蒲草即蒲菜，又叫香蒲，是水生宿根作物，生长过程需水较多。对气温反应敏感，在济南，春季育苗时受温度影响较大。秋季蒲株地上部逐渐枯黄，但根状茎的香蒲顶芽转入休眠越冬，待第二年气温适宜时再萌发。整个生育期划分为萌发、分株和抽薹开花三个时期。萌芽时期要求气温最低为 10摄氏度。3、西伯利亚鸢尾西伯利亚鸢尾属于鸢尾科鸢尾属，常绿多年生草本植物。根状茎粗壮，斜伸；须根黄白色，绳索状，有皱缩的横纹。叶灰绿色，条形，长20至40厘米，宽0.5至1厘米，顶端渐尖，中脉不明显。花径高于叶片，平滑，高40至60厘米，花淡蓝色，花期4到5月。西伯利亚鸢尾为喜冷性植物，其最大的特点就是终年常绿，冬季的长势尤为好，在零下15摄氏度仍可保持叶片青绿，是水生花卉中难得的四季常绿品种。由于西伯利亚鸢尾旺盛的新陈代谢，即使在隆冬季节，水生植物一年四季都能在吸收水体污染物方面发挥出色功效。种植介质是保证水生植物正常生长，在幼苗期保证植物根系尤其是侧根生长不受限制，同时要确保植物牢靠的保护根系的一种物质，通常生物浮床的种植介质是土壤。植物与土壤在生长到一定时间段时，植物根系会固定土壤，同时也保护水生动物如鱼类会咬坏根部造成营养盐等物质吸收减弱或植物非正常死亡。以免影响水上部分植物正常收割，或者死亡造成二次污染。1.9研究水源地-玉清湖水库概况随着经济的发展和社会水平的提高，人们对于物质资料的享受水平也逐渐提高，不再仅仅满足于生存这一层面，而是要对我们的生活环境提出更高的要求，特别是水元素构成的水环境。近些年来，济南市城镇化发展速度很快，周边小城市，城乡结合部已有很大面积，人口越来越多，同时，矛盾体中，尤为突出的是水资源供需矛盾，身为“泉城”的济南，地下水资源原本丰富，但是近年来的发展导致地下水开采严重超标，地表水等受到严重的污染，如绿化等生态方面的水资源利用不够充分，而且总量减少，这给济南市造成了巨大的问题，尤其是供水安全，生态环境退化，饮用水安全。为此，水利部将济南定位为首个水生态文明试点城市12。在这期间，济南市饮用水体系，供水安全体系，生态用水体系以及先进的水文化体系都将有一个飞跃似的进步，将为济南的水利发展形成一个新的格局。济南市玉清湖水库是济南市重要的饮用水水源地，是国家以及饮用水水源地，所以玉清湖水库的水质问题也是全部济南人关注的重点和核心问题。重要性必然是不言而喻的，万一出了水质问题，其后果也是不堪设想的。最近几年，由于上游黄河水来水水质发生了变化，玉清湖水库出现了总氮超标的现象，这便是水库出现了极度轻微富营养化的现状。为保证水质的安全，为保证减轻济南市玉清水厂的预处理工序与成本，现济南市水利科学研究院来进行技术指导，需要采取生物浮床措施来遏制玉清湖水库的轻度富营养化现象。玉清湖水库位于济南市小杨庄6号，西郊槐荫区与长清区交界处地处小清河的源头，是济南市玉符河的入河口。主要功能是向济南市供应源水设计日供水能力44万立方米。水库1999年5月开始施工建设，2000年12月建成，2001年4月水库试运行蓄水，同年7月正式投入使用运行玉清湖水库基础设施主要包括水库、沉沙池、1#取水泵站、沉砂池、2#入库泵站、泄水洞、3#泵站及相应的输水管线六部分组成。水库的源水通过北店子引黄闸，经1号泵站引水至沉沙池后，再经2号泵站提升入库，再由3号泵站提水经输水压力管道送到玉清水厂。水库总库容4850万立方米：死库容1220万立方米（含取土库容），调节库容为3630万立方米，年供水量1.46亿立方米。水库设计蓄水位38.35 米（1956年黄海高程系），死水位31.10 米，坝轴线以内面积4.90平方公里。坝轴线总长9639.5米，坝顶宽7.9米，坝顶高程40.85米，最大坝高12.4米。北店子沉沙池将经由北店子引黄闸和1号泵站引来的黄河水进行沉沙处理，使水含沙量小于1千克每立方米,位于济南市吴家堡镇北店子村南的黄河滩区内，地势平缓，地面高程29.0-31.0米，北高南低，工程总占地1.59平方公里，围坝总长7.625千米，其中利用黄河大堤4.272千米，新筑围坝3.353千米。设计水位36.0米，死水位33.0米。3号泵站功能为将玉清湖水库内的水送到玉清水厂，保证玉清水厂每天向济南市区供水40万吨。主要有管理区平台、主厂房、副厂房、出水管道引桥、闸阀室等主体建筑物组成。主厂房共安装6台机组，日供水能力40万吨。主要技术参数：设计流量5.12立方米每秒；最高水位38.85米、最低水位31.10米、防洪水位36.07米。3号泵站主要水机设备：水泵SDAA600/800，6台（含电机）；通风机T30/3.5，6台。主要设备技术指标：水泵型号SDAA600/800，设计流量1.3立方米每秒，设计扬程20米，配用功率350千瓦。电机型号AECK-PA001，功率350千瓦，电压6千伏。蝶阀：水泵进水管设电动蝶阀，出水管上设有液控蝶阀和电动蝶阀。玉清湖水库至玉清水厂管线共计5.5公里，双管线运行，管道直径为1600毫米，材质为钢套管，沿线设有闸门井、管道连通井及排气阀井，共计16处井室，另外预留向腊山河补水阀门井1处，向腊山分洪道补水阀门井1处。玉清湖水库年水位变化及库区内气候变化：综合考虑到玉清湖水库的水深和水位变化幅度情况，这是生物浮床水质提升的成败关键。玉清湖水库是引黄平原水库，一年内水深幅度变化较小。每年的四月、十月为水位变动较大时期，因为在每年的三月、九月，一号引水泵站将停泵大修，大修之前一周左右将加速引水，使库区内水有一个较为明显的上升状态。而三号出水泵站全年正常维持开启状态，在大修月份内，玉清湖水库库区内水位将有一个明显的下降。比正常水位将下降一米左右。正常水深5到6米。在这个稳定的水位变化因素内，生物浮床的建设及中期安装育苗过程都是个有利因素，对其影响较小。玉清湖水库位于济南的西部，接近长清，考虑到气候问题，该地气候条件跟济南市市区相比，冬季一月份最低平均气温较市区略低，由于1）库区面积较大，虽为流动水域，但是贴近隔坝的流动较少的地方水会结冻。2）且水库盛